(57)【要約】【課題】  スターリング冷凍機の応用機器での組立工程数を削減し、かつ排熱効率を向上する。【解決手段】  冷却部２、排熱部３及び機構部４を備えたスターリング冷凍機５と、前記排熱部３の外周を覆うように取り付けられた排熱用フィン６と、前記冷凍機５を懸架する懸架機構７と、前記機構部４、前記排熱部３、前記排熱用フィン６及び前記懸架機構７を内包すると共に前記懸架機構７を内部で保持するケーシング８と、該ケーシング８の側部に取り付けられた排気装置としてのファンモータ９とを一体化したスターリング冷凍機モジュール１を提供する。これによると、前記モジュール１を予め標準化して製造することで、応用機器の製造工程においては当該モジュール１を応用機器40内部に配置するだけよく、製造工程数を削減することができる。また、前記モジュール１をまとめて製造可能なため、製造コストの削減もできる。更に、排熱効率も上昇する。【選択図】      図１
2006017432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却部、排熱部及び機構部を備えたフリーピストン型スターリング冷凍機と、前記排熱部に取り付けられた排熱用フィンと、前記スターリング冷凍機の懸架機構と、前記機構部、前記排熱部、前記排熱用フィン及び前記懸架機構を内包すると共に前記懸架機構を内部で保持するケーシングと、該ケーシングに設けられた該ケーシング内の空気を排気する排気装置と、を一体化したことを特徴とするスターリング冷凍機モジュール。
【請求項２】
前記ケーシングに第一の開口を形成し、前記第一の開口の内側に前記排熱用フィンを配し、前記ケーシングの、前記第一の開口と前記機構部を挟んだ反対側となる部分に第二の開口を設け、前記第二の開口に前記排気装置を配置したことを特徴とする請求項１に記載のスターリング冷凍機モジュール。
【請求項３】
前記排気装置を前記第二の開口に着脱可能に取り付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスターリング冷凍機モジュール。
【請求項４】
前記ケーシングの前記第一の開口の縁部内面と前記排熱用フィンとの間がシールされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスターリング冷凍機モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリング冷凍機を利用した応用機器に前記スターリング冷凍機を設置するためのスターリング冷凍機モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フロン等を用いるコンプレッサー型の冷凍機の代替装置として、逆スターリングサイクルを応用したスターリング冷凍機が広く用いられるようになっている。スターリング冷凍機とは、外部動力によって駆動されるピストンと、このピストンと同一のシリンダ内で前記ピストンと所定の位相差を維持して反復運動させられるディスプレイサーとによって作動ガスを膨張、圧縮させ、それを繰り返すことによって吸熱（冷却）、排熱を行う密閉サイクルである。そして、このようなスターリング冷凍機を貯蔵庫などに利用する場合、応用機器の貯蔵室の側部における、ファンが設けられた空間に前記スターリング冷凍機を配置し、そのスターリング冷凍機の冷却部と貯蔵庫とを熱的に接続して貯蔵庫を冷却し、一方、排熱部には排熱フィンを取り付け、前記ファンによって前記排熱フィンに風を当てることで、前記排熱部の排熱を促進する構造になっている（例えば、特許文献１参照。)。
【特許文献１】特開２００２−１３８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような貯蔵庫等のスターリング冷凍機を利用した応用機器においては、個々の応用機器の製造工程において、前記スターリング冷凍機を前記空間に配置して固定し、排熱用フィンを取り付け、ファンを配している。このため、組み立ての工程数が多く、組み立てが複雑になり、時間及びコストがかかるという問題があった。
【０００４】
また、スターリング冷凍機を配置する空間に直接ファンが設けられているため、当該ファンは、前記排熱フィンを通過した空気以外の空気も排気しなければならず、排熱効率が悪かった。
【０００５】
そこで、本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、個々の応用機器における組み立ての工程数を削減し、かつ排熱効率の良いスターリング冷凍機モジュールを構築することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載のスターリング冷凍機モジュールは、冷却部、排熱部及び機構部を備えたフリーピストン型スターリング冷凍機と、前記排熱部に取り付けられた排熱用フィンと、前記スターリング冷凍機の懸架機構と、前記機構部、前記排熱部、前記排熱用フィン及び前記懸架機構を内包すると共に前記懸架機構を内部で保持するケーシングと、該ケーシングに設けられた該ケーシング内の空気を排気する排気装置と、を一体化したことを特徴とする。
【０００７】
これによると、これらのスターリング冷凍機、排熱用フィン、懸架機構、ケーシング及び排気装置が一体化したユニット構成になっているため、このユニットを標準化されたモジュールとして作成することができる。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載のスターリング冷凍機モジュールは、前記ケーシングに第一の開口を形成し、前記第一の開口の内側に前記排熱用フィンを配し、前記ケーシングの、前記第一の開口と前記機構部を挟んだ反対側となる部分に第二の開口を設け、前記第二の開口に前記排気装置を配置したことを特徴とする。
【０００９】
これによると、前記排気装置を作動させると、空気は、前記第一の開口から前記ケーシング内に入り込み、その内側の前記排熱用フィンを通り、前記機構部を通過し、前記第二の開口より排気される。
【００１０】
本発明の請求項３に記載のスターリング冷凍機モジュールは、請求項１又は２に記載のスターリング冷凍機モジュールにおいて、前記排気装置を前記第二の開口に着脱可能に取り付けたことを特徴とする。
【００１１】
これによると、前記ケーシング内を分解することなく前記排気装置を交換することができる。
【００１２】
本発明の請求項４に記載のスターリング冷凍機モジュールは前記ケーシングの前記第一の開口の縁部内面と前記排熱用フィンとの間が、シールされていることを特徴とする。
【００１３】
これによると、前記第一の開口から吸い込まれた空気は、前記排熱用フィンの外周に流れることができないため、全て前記排熱用フィンの間を通るようになる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１に記載のスターリング冷凍機モジュールによると、モジュールを標準化して作成することができ、応用機器の製造工程においては当該モジュールを応用機器に取り付けるだけよく、応用機器の製造の工程数を削減することができる。また、標準化されたモジュールを別途まとめて製造することができるため、製造コストの削減も可能になる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載のスターリング冷凍機モジュールによると、空気が第一の開口からケーシング内に入り、そのすぐ内側の排熱用フィンを通過するため、ファンの排気量の略全てが排熱用フィンを流れるようになる。また、前記第一の開口から離れた第二の開口から出ていくため、空気はケーシング内で急激に向きを変えることなく、スムーズに流れる。したがって、排熱用フィンを効率よく冷却できることで安定した冷却性能を得ることができる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載のスターリング冷凍機モジュールによると、モジュール本体を分解することなしにファンモータの交換が可能になり、アフターサービス性が向上する。
【００１７】
本発明の請求項４に記載のスターリング冷凍機モジュールによると、吸気された全ての空気が排熱フィンを通るため、排熱を効率良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係るスターリング冷凍機モジュール１の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１はスターリング冷凍機モジュール１の概略断面図、図２は当該スターリング冷凍機モジュール１の側面図、図３は当該スターリング冷凍機モジュール１の横断面図である。図示のように、本実施形態のスターリング冷凍機モジュール１は、冷却部２、排熱部３及び機構部４を備えたスターリング冷凍機５と、前記排熱部３の外周を覆うように取り付けられた排熱用フィン６と、前記スターリング冷凍機５を懸架する懸架機構７と、前記機構部４、前記排熱部３、前記排熱用フィン６及び前記懸架機構７を内包すると共に前記懸架機構７を内部で保持するケーシング８と、該ケーシング８の側部に取り付けられた、該ケーシング８内の空気を排気させる排気装置であるファンモータ９とが一体化されたものである。
【００２０】
前記スターリング冷凍機モジュール１の内部に含まれる前記スターリング冷凍機５は、周知のフリーピストン型スターリング冷凍機であり、詳細な説明は省略するが、図示のように、略ボトル形状の筐体を有し、この筐体の胴部に該当する部位が、内部に駆動機構が設けられた前記機構部４、首部に該当する部位の基部が、内部の気体が圧縮されて高温になる前記排熱部３、首部に該当する部位の先端が、内部の気体が膨張して低温になる前記冷却部２となっている。
【００２１】
前記スターリング冷凍機５の機構部４の筐体外面には、ナット部材11が取り付けられ、このナット部材11に対して、前記スターリング冷凍機５と略同軸になるように保持環12が固定されていると共に、この保持環12の外側には、該保持環12を概略同軸に覆うように保持筒13が設けられている。前記保持環12の軸方向の両端には、３対の第一の取付部（１対のみ図示）14が形成されている。そして、前記保持筒13の軸方向の両端側には、それぞれ前記第一の取付部14に対応して設けられた第二の取付部15が形成されており、前記第一の取付部14及びこれと対応する第二の取付部15の間にそれぞれ引張コイルバネ16が架け渡されている。そして、これらのナット部材11、保持環12、保持筒13、第一の取付部14、第二の取付部15及び引張コイルバネ16によって、前記スターリング冷凍機５の振動が外部へ伝導することを防止しつつ前記スターリング冷凍機５を支持するための懸架機構７が構成されている。
【００２２】
また、前記スターリング冷凍機５の前記排熱部３の外周には、前記排熱用フィン６が嵌め込まれている。なお、この排熱用フィン６は、良熱伝導部材の薄板材を長手方向軸線に対して垂直に複数回交互に折り曲げたものの両端を一致させて略短円筒状に形成されたものである。そして、その排熱用フィン６の外周には、略短円筒状の、例えば、合成ゴム等でできた排熱用フィンカバー17が、シール部材として嵌合されている。
【００２３】
これらの機構部４、排熱部３、排熱用フィン６及び懸架機構７を内包すると共に前記懸架機構７を内部で保持する前記ケーシング８は、第一のケーシング半体21と第二のケーシング半体22とからなり、前記スターリング冷凍機５と略同軸となると共に、前記スターリング冷凍機５の軸から前記各ケーシング半体21，22の外周面までの距離が略半径となる有底半円筒状に形成されている。前記第一のケーシング半体21の内周には、前記保持筒13の上下寸法と略一致する間隔で張り出した上張出部23と下張出部24が形成されている。同様に、前記第二のケーシング半体22の内周には、前記保持筒13の上下寸法と略一致する間隔で張り出している上張出部（図示せず）と下張出部（図示せず）が形成されている。
なお、前記第一のケーシング半体21の上張出部23と前記第二のケーシング半体22の上張出部、及び前記第一のケーシング半体21の下張出部24と前記第二のケーシング半体22の下張出部は、前記第一のケーシング半体21と第二のケーシング半体22の軸方向に対して略同一位置に形成されている。そして、前記第一のケーシング半体21と第二のケーシング半体22は、前記保持筒13を左右方向から挟持すると共に、前記保持筒13を、前記第一のケーシング半体21の上張出部23と第二のケーシング半体22の上張出部との間、及び前記第一のケーシング半体21の下張出部24と第二のケーシング半体22の下張出部との間に嵌め込んで保持している。
【００２４】
また、前記第一のケーシング半体21と第二のケーシング半体22とが連結されることによって、前記ケーシング８の上端には、第一の開口として、前記排熱用フィン６の外周より若干大きな円形の吸気口25が画成され、この吸気口25によって囲まれるように、前記排熱用フィン６が配置されている。そして、前記吸気口25が画成された前記各ケーシング半体21，22の縁部の内面26は、前記排熱用フィンカバー17の上部と密着してシール構造を形成している。
【００２５】
また、同様に前記第一のケーシング半体21と第二のケーシング半体22とが連結することによって、ケーシング８の下端近傍の側部には、第二の開口としてのファン用張出開口27が画成されている。このファン用張出開口27には、前記ファンモータ９が外側から嵌め込まれ、４本のネジ28によって前記ケーシング８に対して外側から固定されている。また、前記ファンモータ９が嵌め込まれた前記ファン用張出開口27の外側面には、前記ファンモータ９の送風路を確保するように形成された略矩形状の開口を有するパッキン29が固着されている。
【００２６】
また、前記第二のケーシング半体22の側面には、前記スターリング冷凍機５を制御するための略矩形板状のプリント基板上に設けられた制御回路30が固定され、この制御回路30にはサーミスタ31が接続されている。
【００２７】
図４は、本実施形態のスターリング冷凍機モジュール１を取り付けた携帯型貯蔵庫40の縦断面図である。前記携帯型貯蔵庫40は、当該貯蔵庫40の外形をなす貯蔵庫筐体41の内部が、断熱部材42で囲まれた貯蔵室43と、機構室44とに区切られている。そして、この機構室44内には、本実施形態のスターリング冷凍機モジュール１が配置されている。また、このスターリング冷凍機モジュール１の先から突き出したスターリング冷凍機５の冷却部２には、サーモサイフォン45を構成する凝縮器45Ａが接続され、更に、この凝縮部45Ａの周りは断熱材46で覆われている。また、前記サーモサイフォン45の配管45Ｂは、前記貯蔵室43の周囲に対して熱的に接触した状態で固定されている。したがって、前記スターリング冷凍機５が駆動されることで、このスターリング冷凍機５の冷却部２の温度が下がると、前記サーモサイフォン45内の図示しない冷媒によって冷熱が移動し、前記貯蔵室43が冷却される。また、前記制御回路30に接続された前記サーミスタ31が前記貯蔵室43内の温度を測定することができるように配置されており、当該サーミスタ31による前記貯蔵室43の温度の測定結果、及び外部からの入力信号によって、前記制御回路30がスターリング冷凍機５の出力を制御するようになっている。
【００２８】
次に、本実施形態の作用について説明する。まず、前記スターリング冷凍機モジュール１を、前記携帯型貯蔵庫40と別個の製造ラインで予め組み立てる。前記スターリング冷凍機モジュール１は、前記携帯型貯蔵庫40用に限定されるものではなく、据え付ける前記制御回路30によって種々の応用機器に使用できるものである。
【００２９】
そして、前記携帯型貯蔵庫40の生産工程においては、まず、前記貯蔵庫40の貯蔵庫筐体41を作成し、その内部を２つに区切って一方に前記貯蔵室43を形成すると共に、他方に前記機構室44を形成する。そして、前記機構室44の内部に、予め組み立てられていた前記スターリング冷凍機モジュール１を設置する。また、前記スターリング冷凍機５の冷却部２先端に、前記サーモサイフォン45の凝縮器45Ａを取り付け、これら冷却部２及び凝縮器45Ａの周囲を前記断熱材46で覆い、前記貯蔵庫40の貯蔵室43と前記サーモサイフォン45の配管45Ｂを熱的に接続することで前記スターリング冷凍機５の冷却部２と前記貯蔵室43とを熱的に接続する。さらに、前記サーミスタ31を前記貯蔵室43の近傍に延ばして、この貯蔵室43内の温度を測定することができるように設置する。このようにして、前記貯蔵庫40が製造される。
【００３０】
このようにして製造された、本実施形態のスターリング冷凍機モジュール１を用いた前記貯蔵庫40を作動させると、前記スターリング冷凍機５が作動することで、前記冷却部２が低温になると共に、前記サーモサイフォン45内の冷媒が循環して、前記貯蔵庫40の貯蔵室43内の温度が下がる。これに伴い、前記排熱部３の温度が上昇するが、前記ファンモータ９が回転することにより、強制的に前記ケーシング８内の空気が排気されるため、前記吸気口25から空気が吸い込まれ、図１に示す矢印のように流れる。この場合、前記排熱用フィン６の外周に前記排熱用フィンカバー17が取り付けられているため、吸い込まれた空気は、前記ケーシング８の縁部26と前記排熱用フィン６との間を通ることができず、全ての空気が前記排熱用フィン６を通過することになる。そして、その吸い込まれた空気は、熱伝導性の高い材料で形成された前記排熱用フィン６の熱を奪いながら前記ケーシング８内を流下し、当該ケーシング８の側部に設けられた前記ファンモータ９から前記ケーシング８の外部に放出される。
【００３１】
このように本実施形態では、前記冷却部２、排熱部３及び機構部４を備えた前記フリーピストン型スターリング冷凍機５と、前記排熱部３に取り付けられた前記排熱用フィン６と、前記スターリング冷凍機５の懸架機構７と、前記機構部４及び前記排熱部３、前記排熱用フィン６及び前記懸架機構７を内包すると共に前記懸架機構７を内部で保持する前記ケーシング８と、該ケーシング８に設けられた、該ケーシング８内の空気を排気する排気装置としてのファンモータ９と、を一体化した前記スターリング冷凍機モジュール１を製造した。
【００３２】
これによると、前記スターリング冷凍機５、排熱用フィン６、懸架機構７、ケーシング８及びファンモータ９が一体化したユニット構成になっているため、これを標準化されたモジュールとして作成することができる。このため、前記スターリング冷凍機モジュール１を予め標準化して作成することができ、前記貯蔵庫40の製造工程においては前記スターリング冷凍機モジュール１を前記貯蔵庫40内部に配置するだけよく、応用機器の製造工程の工程数を削減することができる。また、標準化されたモジュールを別途まとめて製造することができるため、製造コストの削減も可能になる。
【００３３】
また、本実施形態では、前記ケーシング８に第一の開口としての前記吸気口25を形成し、この吸気口25の内側に前記排熱用フィン６を配し、前記ケーシング８の、前記吸気口25に対して前記機構部４を挟んで反対側となる部分に第二の開口としての前記ファン用張出開口27を設け、当該ファン用張出開口27に前記ファンモータ９を配置した。
【００３４】
これによると、前記ファンモータ９を作動させることで、空気が前記吸気口25から前記ケーシング８内に入り込み、前記排熱用フィン６を通り、前記機構部４を通過し、前記ファンモータ９から排気される。よって、空気が前記ケーシング８上部の前記吸気口25から前記ケーシング８内に入り、前記吸気口25から離れた前記ケーシング８側部の前記ファン用張出開口27から出ていくため、空気は前記ケーシング８内で急激に向きを変えることなく、スムーズに流れる。したがって、前記排熱用フィン６を効率よく冷却できることで安定した冷却性能を得ることができる。
【００３５】
更に、前記ファンモータ９が前記ファン用張出開口27に対して外側から前記ネジ28によって着脱可能に取り付けられている。
【００３６】
これによると、前記ケーシング８内を分解することなく、前記ファンモータ９を交換することができ、アフターサービス性が向上する。
【００３７】
さらに、前記ケーシング８の前記吸気口25の縁部26内面と、前記排熱用フィン６との間が、前記排熱フィンカバー17によってシールされている。
【００３８】
このため、前記吸気口25から吸い込まれた空気が全て前記排熱用フィン６を通過するため、更に効率の良い排熱を行うことができる。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、前記ケーシングの形状は略円筒状でなくともよく、略角筒状であってもよい。また、前記第二の開口は、前記ケーシングの側部に限定されず、底部に設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係るスターリング冷凍機モジュールの縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るスターリング冷凍機モジュールの側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るスターリング冷凍機モジュールの横断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るスターリング冷凍機モジュールが適用される携帯型貯蔵庫を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  スターリング冷凍機モジュール
２  冷却部
３  排熱部
４  機構部
５  スターリング冷凍機
６  排熱用フィン
８  ケーシング
９  ファンモータ（排気装置）
17  排熱フィンカバー（シール部材)
25  吸気口（第一の開口）
27  ファン用張出開口（第二の開口）
【図１】
2006017432.tif 000003
【図２】
2006017432.tif 000004
【図３】
2006017432.tif 000005
【図４】
2006017432.tif 000006